物理学四大神兽是芝诺龟,拉普拉斯兽,麦克斯韦妖,薛定谔的猫。它们不是真实存在的动物,而是科学家们假想出来用于佐证科学理论的思想实验。篇幅有限简要介绍
芝诺龟(Zeno's paradox)是一个悖论:假定人的速度是龟的10倍,现在让人去追100米远的龟,人到达龟的起点时龟已经向前走了10米,人再追10米龟也前进1米,还是在人的前面。如此无限循环下去,龟永远不会被人追上,但在现实中这是不可能的,这就是著名的芝诺悖论。但现在我们知道,无穷个数相加不一定等于无穷。芝诺悖论里的这个无穷数列是收敛的,芝诺的乌龟并非永远追不上。
拉普拉斯兽(Démon de Laplace)也叫拉普拉斯妖,它知道宇宙中每个原子确切的位置和动量。拉普拉斯相信决定论,他认为掌握了这些信息就能计算出整个宇宙的过去和未来,但热力学第二定律和不确定性原理告诉我们,这样的恶魔是不可能存在的。
麦克斯韦妖(Maxwell's demon)是麦克斯韦假想的,能探测并控制单个分子的运动的妖。如果一个绝热容器被分成相等的两格,中间的麦克斯韦妖只允许冷原子通过,就可以0消耗在两侧制造出温差并对外做功,从而突破热力学第二定律制造出永动机。但实际上,就算麦克斯韦妖真的存在,它处理信息的这个过程也是热力学不可逆的,必然伴随着更高的熵增,仍然无法突破热力学第二定律,也不可能造出永动机。
薛定谔的猫(Schrödinger’s Cat)的讨论至今还在继续,在四大里的知名度也是最高。它本是薛定谔为质疑量子力学所制造的武器:量子力学认为,微观粒子可以处于叠加态,但如果把猫和放射性原子放在黑箱里,且原子衰变会导致猫死亡,原子处于衰变和未衰变的叠加态就会导致猫也处于既活又死的叠加态。这一实验将微观的量子态映射到宏观的猫,非常巧妙。
最后,四大神兽这个名号怎么成名的这个问题,目前并没有统一的答案。虽然除了薛定谔的猫外都已经被证伪,但这四个思想实验推动了科学的发展,在科学史上有重要意义。